CN113958441A - 一种复合式抽水蓄能系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合式抽水蓄能系统及其运行方法，系统包括抽水蓄能模块和调压蓄能模块；抽水蓄能模块包括连通的上位水库和下位水库，地面蓄水池构成上位水库，由水闸墙密封的煤矿巷道形成下位水库，上位水库和下位水库之间设置水泵水轮机和过滤器；调压蓄能模块包括压缩机组和膨胀机组，压缩机组中设置低压级压缩机和高压级压缩机，压缩机出口设置蓄热器对压缩热进行利用，膨胀机组入口前安装流化床反应器对煤层气进行处理；除高压级膨胀机外各级膨胀机的入口通过三通和控制阀连接到流化床反应器的上端出口，应对变工况问题；抽水蓄能模块的水泵水轮机背压恒定，避免了水泵水轮机组背压过低带来的“空化”问题和背压过高带来的效率降低。
Description
技术领域
本发明为通用设备制造领域以及物理储能领域，具体为一种复合式抽水蓄能系统及其运行方法。
背景技术
目前，储能技术的种类较多，而在众多物理储能技术中，可进行大规模应用的仅有压缩空气储能技术(CAES)和抽水蓄能技术(PHES)。虽然抽水蓄能系统比起其他储能系统有诸多优势，但抽水蓄能系统仍有不可避免的缺点：抽水蓄能系统需要露天环境，破坏土木，建设上下位水库，对生态环境造成破坏。
在绿色低碳发展理念的指引下，在全国范围内关停了多座煤矿，再加上开采结束的煤矿，全国范围内存在许多的闲置煤矿。为了更好的利用地下空间，国内已有很多利用废弃矿井与地面的高位差，自然构建上下水库，并以此进行抽水蓄能的储能研究。
但是，为了充分利用上下水库的高度差，在基于煤矿的抽水蓄能系统中，水泵水轮机出水口多安置在巷道的最低点附近。但是煤矿的地下矿井为了追随矿脉，巷道在高度方向存在着变化，这导致基于煤矿的抽水蓄能系统在工作中，地下巷道内的液面跟随巷道存在高度方向变化。地下巷道内液位变化导致上下位水库的液面高度差变化，水轮机水头高度改变，水轮机偏离设计工况点处于变工况状态，最终引起系统效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合式抽水蓄能系统及其运行方法，设置调压蓄能模块，对下位水库内的气体压力进行调节，使得水泵水轮机的背压始终保持在设计压力，避免了水泵水轮机组背压过低带来的“空化”问题和背压过高带来的效率降低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种复合式抽水蓄能系统，包括抽水蓄能模块和调压蓄能模块；所述抽水蓄能模块包括连通的上位水库和下位水库，地面蓄水池构成上位水库，由水闸墙密封的煤矿巷道形成下位水库，上位水库和下位水库之间设置水泵水轮机和过滤器；所述调压蓄能模块包括压缩机组和膨胀机组，压缩机组中设置低压级压缩机和高压级压缩机，每级压缩机后设置蓄热器，对压缩热进行回收利用，所述膨胀机组采用多级叶轮膨胀机，多级叶轮膨胀机第一级入口前安装流化床反应器；除高压级膨胀机外各级膨胀机的入口都通过三通以及控制阀连接到流化床反应器的上端出口，用于变工况运行过程；所述抽水蓄能模块的水泵水轮机背压恒定，由水泵水轮机出口压力传感器对背压进行实时监测，由调压蓄能模块对背压进行调节；低压级压缩机采用螺杆压缩机，高压级压缩机采用往复活塞式压缩机。
水泵水轮机的设计背压根据下位水库的最高点海拔Ldt与水泵水轮机安装位置海拔Lt的相对大小确定：当Ldt>Lt时，水泵水轮机的设计背压对应水头高度Lb＝Ldt-Lt+20m；当Ldt<Lt时，水泵水轮机的设计背压对应水头高度Lb＝1m。
过滤器安装在下位水库的海拔最低处，距巷道地面的距离大于0.5m；过滤器包括抛物线型的渐扩段和滤网，滤网设置在渐扩段的大端。
所述调压蓄能模块中，低压级的螺杆压缩机设计压比CR1＝(Lt+Lb-Ldt)/10；高压级的往复活塞式压缩机排气阀片采用自适应阀片，自动根据压缩腔内压力和背压调整打开时间，以满足活塞式压缩机变工况运行。
下位水库内在设定时刻存储高压气体的压力Ps对应的水头高度Lps＝Lb+Lf-Lt，其中Lf为当前时刻下位水库内液位的海拔高度。
流化床反应器设置有温度传感器和燃料补充口。
流化床反应器出口温度在550℃以上；当压缩空气内瓦斯浓度低于3％时，采用化工厂废气或煤矿的煤层气从下端燃料补充口补入流化床反应器。
对于压缩过程，蓄热器的上端为气体入口，下端为气体出口；对于膨胀过程，蓄热器的下端为气体入口，上端为气体出口。
本发明所述可控温气体增压装置的运行方法，储能阶段包括以下过程：
准备阶段：初始时刻，下位水库内储存大量水，存在少量的带压空气维持压力；调节水泵水轮机至水泵工作模式，调节调压蓄能模块的阀门，接入压缩机组；
启动储能：启动水泵水轮机，水流从下位水库经过滤器、水泵水轮机以及管道，排至地面蓄水池；依照水泵水轮机的压力值，对调压蓄能模块的压缩机功率进行调节：水泵水轮机入口压力降低，增大压缩机组功率；水泵水轮机入口压力升高，减小压缩机组功率，维持水泵水轮机进口压力稳定；
释能阶段包括以下过程：
准备阶段：初始时刻，下位水库内储存少量水，存在大量的高压空气；调节水泵水轮机至水轮机工作模式，调节调压蓄能模块的阀门，接入膨胀机组；
启动释能：启动水泵水轮机，水流从上位水库经水泵水轮机和过滤器和管道排至下位水库；依照水轮机下端出口安装的压力值，对调压蓄能模块的膨胀机功率进行调节：水轮机背升高，增大膨胀机组功率；水轮机背压降低，减小膨胀机组功率，以维持水轮机背压稳定运行。
下位水库压力降低的过程存在膨胀机组的逐级解列：随着释能过程的不断进行，下位水库内的液位逐渐上升，调节水轮机背压所需的高压空气压力逐渐降低，当无法满足多级膨胀机所需压力时，最高一级的膨胀机解列，通过节流阀调节压力至满足余下膨胀机组所需压力，经流化床反应器加热后在余下膨胀机组中继续做功。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明的调压蓄能模块能够对下位水库内的气体压力进行调节：通过水泵水轮机出口压力传感器对水泵水轮机的出口压力进行实时监测，并根据测得的结果对调压蓄能模块的功率进行调节，最终控制下位封闭水库内的气体压力，从而使得水泵水轮机的背压始终保持在设计压力，避免了因下位水库内液位变化而导致水泵水轮机组背压过低带来的“空化”问题和背压过高带来的效率降低，保证了水泵水轮机的安全高效运行。
进一步的，本发明通过采用往复活塞式压缩机的自适应阀片和逐级解列的叶轮膨胀机工作模式，保证了调压蓄能模块的高效变工况能力和稳定运行。
进一步的，本发明通过在释能时第一级膨胀机入口前设置流化床反应器，即处理了煤矿巷道内可能存在的瓦斯气体，避免了环境污染；又利用瓦斯气体与氧气反应释放的热量，对高压空气进行加热，保证了调压蓄能模块的高效。
进一步的，本发明通过在下位水库的水管末端连接渐扩形式的过滤器，降低了过滤器入口的水流速度，避免了抽水时水速过快而带入周围的煤块或石块，解决了对水泵的安全可能带来的问题。
附图说明
图1为本发明实例中所述煤矿地下巷道的示意图。
图2为本发明实例中所述复合式抽水蓄能系统的示意图。
图3为本发明实例中所述的过滤器的示意图。
图4为本发明实例中所述调压蓄能模块的示意图。
图5为本发明实例中所述调压蓄能模块中压缩机组的示意图。
图6为本发明实例中所述调压蓄能模块中全级工作的膨胀机组的示意图。
图7为本发明实例中所述调压蓄能模块中高压级解列的膨胀机组的示意图。
图8为本发明运行方法中膨胀机组变工况运行的示意图。
其中：11为地面，12为煤矿竖井，13为煤矿地下巷道，14为调压蓄能模块，15为气体连接管道，21为地面蓄水池，22为上位管道，23为水泵水轮机，24为水闸墙，25为过滤器，26为下位管道，28为过滤器的抛物线渐扩段，29为过滤器的滤网，31为螺杆压缩机，32为往复活塞式压缩机，33为压缩机组进口阀，34为第一级压缩出口阀，35为第二级压缩进口阀，36为第二级压缩出口阀，37为第一级蓄热器，38为第二级蓄热器，39为压缩机组出口阀，41为膨胀机组出口阀，42为低压级膨胀进口阀，43为中压级膨胀出口阀，44为中压级膨胀机进口阀，45为高压级膨胀机出口阀，46为高压级膨胀机进口阀，47为低压级变工况阀，48为中压级变工况阀，49为膨胀机组进口阀，51为低压级膨胀机，52为中压级膨胀机，53为高压级膨胀机，54为流化床反应器。
具体实施方式
下面结合具体的实例对本发明做进一步的详细说明：
结合图1，一种复合式抽水蓄能系统所利用的煤矿结构示意图，基本结构包括地面11，煤矿竖井12和煤矿巷道13；煤矿巷道13在海拔高度方向存在变化。
结合图2，一种复合式抽水蓄能系统包括抽水蓄能模块和对水泵水轮机背压进行调节的调压蓄能模块14；所述抽水蓄能模块中由地面蓄水池21构成上位水库，由水闸墙24密封的煤矿巷道13组成下位水库，上位水库和下位水库之间设置上位管道22、水泵水轮机23、下位管道26和过滤器25依次连接；调压蓄能模块14与下位水库的连接点位于下位水库的海拔最高处。
进一步的，水泵水轮机23的设计背压根据下位水库的最高点海拔Ldt与水泵水轮机安装位置海拔Lt的相对高度确定：当Ldt>Lt时，水泵水轮机的设计背压对应水头高度Lb＝Ldt-Lt+20m；当Ldt<Lt时，水泵水轮机23的设计背压对应水头高度Lb＝1m。水泵水轮机的下端出口处安装压力传感器，对背压进行测量。
进一步的，过滤器25安装在在下位水库的海拔最低处，距巷道地面的高度大于0.5m，避免在抽水过程中吸入石块和杂物。
进一步的，下位水库密封用的水闸墙上有水闸门，用于过滤器附近的清淤工作。
结合图3，过滤器包括抛物线型的渐扩段28和滤网29，滤网29设置在渐扩段28的大端。
结合图4，调压蓄能模块14包括压缩机组、膨胀机组和连接管道。压缩机组中设置低压级压缩机和高压级压缩机，每级压缩机后由蓄热器对压缩热进行回收利用，所述膨胀机组采用多级叶轮膨胀机，多级叶轮膨胀机第一级入口前安装流化床反应器54；压缩机组进口阀33、低压级的螺杆压缩机31、第一级压缩机出口阀34、第一级蓄热器37、第二级压缩进口阀35、往复活塞式压缩机32、第二级压缩出口阀36、第二级蓄热器38和压缩机组出口阀39以及煤矿地下巷道13连接形成气体加压通道；高压气体经膨胀机组进口阀49、流化床反应器54、高压级膨胀机进口阀46、高压级膨胀机53、高压级膨胀机出口阀45、第二级蓄热器38、中压级膨胀机进口阀44、中压级膨胀机52、中压级膨胀机出口阀43、第一级蓄热器37，低压级膨胀机进口阀42、低压级膨胀机51和膨胀机组出口阀41连接形成气体释压通道。
所述压缩机组的入口为大气环境，经压缩机组进口阀33、低压级的螺杆压缩机31、第一级压缩机出口阀34、第一级蓄热器37、第二级压缩进口阀35、往复活塞式压缩机32、第二级压缩出口阀36、第二级蓄热器38和压缩机组出口阀39连接到下位水库的气体空间，参考图4和图5。所述膨胀机组的入口为下位水库的气体空间，在额定工况下，高压气体经膨胀机组进口阀49、流化床反应器54、高压级膨胀机进口阀46、高压级膨胀机53、高压级膨胀机出口阀45、第二级蓄热器38、中压级膨胀机进口阀44、中压级膨胀机52、中压级膨胀机出口阀43、第一级蓄热器37，低压级膨胀机进口阀42、低压级膨胀机51和膨胀机组出口阀41排至大气环境。为了应对下位水库内气体压力降低带来的变工况问题，在除第一级膨胀机外各级的入口都通过三通和控制阀连接到流化床反应器54的上端出口，参考图4和图6。
进一步的，调压蓄能模块中，低压级的螺杆压缩机31设计压比CR1＝Lt+Lb-Ldt/10；高压级的往复活塞式压缩机32排气阀片采用自适应阀片，自动根据压缩腔内压力和背压调整打开时间，满足活塞式压缩机的高效变工况运行。
进一步的，下位水库内特定时刻存储高压气体的压力Ps所对应的水头高度Lps＝Lb+Lf-Lt，其中Lf为当前时刻下位水库内液位的海拔高度。
进一步的，第一级蓄热器37和第二级蓄热器38均采用填充床蓄热器，其内填充材料为天然岩石。
进一步的，流化床反应器54控制出口温度在550℃以上，可以对高压空气中掺杂的煤层气进行处理；当压缩空气中瓦斯的浓度低于3％时，流化床反应器的温度仅靠空煤层气的瓦斯反应热已经难以维持，可采用化工厂可燃性尾气或附近煤矿的煤层气从下端入口补入流化床反应器。
本发明所述一种复合式抽水蓄能系统的运行方法，储能时包括以下步骤：
1.准备阶段：初始时刻，下位水库内储存大量水，存在少量的带压空气维持压力；调节水泵水轮机23至水泵工作模式；调节调压蓄能模块的阀门：关闭膨胀机组出口阀41、低压级膨胀机进口阀42、中压级膨胀机出口阀43、中压级膨胀机进口阀44、高压级膨胀机出口阀45、高压级膨胀机进口阀46和膨胀机组进口阀49，打开压缩机组进口阀33、第一级压缩机出口阀34、第二级压缩机进口阀35、第二级压缩机出口阀36和压缩机组出口阀39，接入压缩机组，此时系统图如图5所示。
2.启动储能：启动水泵，水流从下位水库经过滤器25、下位管道26、节水泵水轮机23、上位管道22排至地面蓄水池21；依照水泵下端进口安装的压力传感器实时测得的压力值，对调压蓄能模块的压缩机功率进行调节，保证水泵下端进口的压力稳定。
复合式抽水蓄能系统释能阶段包括以下步骤：
1.准备阶段：初始时刻，下位水库内储存少量水，存在大量的高压空气；调节水泵水轮机23至水轮机工作模式；调节调压蓄能模块的阀门：打开膨胀机组出口阀41、低压级膨胀机进口阀42、中压级膨胀机出口阀43、中压级膨胀机进口阀44、高压级膨胀机出口阀45、高压级膨胀机进口阀46和膨胀机组进口阀49，关闭低压级变工况阀47和中压级变工况阀48，关闭压缩机组进口阀33、第一级压缩机出口阀34、第二级压缩机进口阀35、第二级压缩机出口阀36和压缩机组出口阀39，接入设计工况下的全系列膨胀机组，如图6所示。
2.启动释能：启动水轮机，水流从上位水库经上位管道22、水泵水轮机23、下位管道26和过滤器25排至下位水库；依照水轮机下端出口安装的压力传感器实时测得的压力值，对调压蓄能模块的膨胀机功率进行调节，保证水轮机下端出口的压力稳定。
3.膨胀机组逐级解列：随着释能过程的不断进行，下位水库内的液位逐渐上升，调节水轮机背压所需的高压空气压力逐渐降低，当无法满足多级膨胀机所需压力时，调节阀门使最高一级的膨胀机53解列：关闭高压级膨胀机出口阀45和高压级膨胀机进口阀46，打开中压级变工况阀48；通过膨胀机组进口阀49节流，调节气体压力至满足中压级膨胀机进口压力，此时的系统图如图7所示。
结合图8，系统在持续释能的过程中，下位水库内的气体压力不断降低，当下位水库气体压力大于高压级膨胀机入口压力时，膨胀过程经过三级膨胀；当下位水库的气体压力小于高压级膨胀机的入口压力但高于中压级膨胀机的入口压力时，膨胀过程经过两级膨胀；当下位水库的气体压力小于中压级膨胀机的入口压力，但高于低压级膨胀机的入口压力时，膨胀过程经过单级膨胀。
Claims (10)
1.一种复合式抽水蓄能系统，其特征在于，包括抽水蓄能模块和调压蓄能模块；所述抽水蓄能模块包括连通的上位水库和下位水库，地面蓄水池(21)构成上位水库，由水闸墙(24)密封的煤矿巷道(13)形成下位水库，上位水库和下位水库之间设置水泵水轮机(23)和过滤器(25)；所述调压蓄能模块(14)包括压缩机组和膨胀机组，压缩机组中设置低压级压缩机和高压级压缩机，每级压缩机后设置蓄热器，对压缩热进行回收利用，所述膨胀机组采用多级叶轮膨胀机，多级叶轮膨胀机第一级入口前安装流化床反应器(54)；除高压级膨胀机(53)外各级膨胀机的入口都通过三通以及控制阀连接到流化床反应器(54)的上端出口，用于变工况运行过程；所述抽水蓄能模块的水泵水轮机(23)背压恒定，由水泵水轮机(23)出口压力传感器对背压进行实时监测，由调压蓄能模块对背压进行调节；低压级压缩机采用螺杆压缩机，高压级压缩机采用往复活塞式压缩机。
2.根据权利要求1所述的复合式抽水蓄能系统，其特征在于，水泵水轮机(23)的设计背压根据下位水库的最高点海拔Ldt与水泵水轮机安装位置海拔Lt的相对大小确定：当Ldt>Lt时，水泵水轮机的设计背压对应水头高度Lb＝Ldt-Lt+20m；当Ldt<Lt时，水泵水轮机的设计背压对应水头高度Lb＝1m。
3.根据权利要求1所述的复合式抽水蓄能系统，其特征在于，过滤器(25)安装在下位水库的海拔最低处，距巷道地面的距离大于0.5m；过滤器(25)包括抛物线型的渐扩段(28)和滤网(29)，滤网(29)设置在渐扩段(28)的大端。
4.根据权利要求1所述的复合式抽水蓄能系统，其特征在于，所述调压蓄能模块中，低压级的螺杆压缩机(31)设计压比CR1＝(Lt+Lb-Ldt)/10；高压级的往复活塞式压缩机(32)排气阀片采用自适应阀片，自动根据压缩腔内压力和背压调整打开时间，以满足活塞式压缩机变工况运行。
5.根据权利要求1所述的复合式抽水蓄能系统，其特征在于，下位水库内在设定时刻存储高压气体的压力Ps对应的水头高度Lps＝Lb+Lf-Lt，其中Lf为当前时刻下位水库内液位的海拔高度。
6.根据权利要求1所述的复合式抽水蓄能系统，其特征在于，流化床反应器(54)设置有温度传感器和燃料补充口。
7.根据权利要求6所述的复合式抽水蓄能系统，其特征在于，流化床反应器(54)出口温度在550℃以上；当压缩空气内瓦斯浓度低于3％时，采用化工厂废气或煤矿的煤层气从下端燃料补充口补入流化床反应器。
8.根据权利要求1所述的复合式抽水蓄能系统，其特征在于，对于压缩过程，蓄热器的上端为气体入口，下端为气体出口；对于膨胀过程，蓄热器的下端为气体入口，上端为气体出口。
9.权利要求1-8中任一项所述可控温气体增压装置的运行方法，其特征在于，储能阶段包括以下过程：
准备阶段：初始时刻，下位水库内储存大量水，存在少量的带压空气维持压力；调节水泵水轮机(23)至水泵工作模式，调节调压蓄能模块的阀门，接入压缩机组；
启动储能：启动水泵水轮机(23)，水流从下位水库经过滤器(25)、水泵水轮机(23)以及管道，排至地面蓄水池(21)；依照水泵水轮机(23)的压力值，对调压蓄能模块的压缩机功率进行调节：水泵水轮机(23)入口压力降低，增大压缩机组功率；水泵水轮机(23)入口压力升高，减小压缩机组功率，维持水泵水轮机(23)进口压力稳定；
释能阶段包括以下过程：
准备阶段：初始时刻，下位水库内储存少量水，存在大量的高压空气；调节水泵水轮机(23)至水轮机工作模式，调节调压蓄能模块的阀门，接入膨胀机组；
启动释能：启动水泵水轮机(23)，水流从上位水库经水泵水轮机(23)和过滤器(25)和管道排至下位水库；依照水轮机下端出口安装的压力值，对调压蓄能模块的膨胀机功率进行调节：水轮机背升高，增大膨胀机组功率；水轮机背压降低，减小膨胀机组功率，以维持水轮机背压稳定运行。
10.根据权利要求9所述的运行方法，其特征在于，下位水库压力降低的过程存在膨胀机组的逐级解列：随着释能过程的不断进行，下位水库内的液位逐渐上升，调节水轮机背压所需的高压空气压力逐渐降低，当无法满足多级膨胀机所需压力时，最高一级的膨胀机解列，通过节流阀调节压力至满足余下膨胀机组所需压力，经流化床反应器(54)加热后在余下膨胀机组中继续做功。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102434362A (zh) * | 2011-12-22 | 2012-05-02 | 王焕然 | 水-气共容舱电力储能系统 |
| WO2016203979A1 (ja) * | 2015-06-16 | 2016-12-22 | 株式会社神戸製鋼所 | 圧縮空気貯蔵発電装置 |
| JP2017008867A (ja) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 株式会社神戸製鋼所 | 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法 |
| CN106907203A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-06-30 | 三峡大学 | 风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统 |
| CN112065635A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-11 | 西安交通大学 | 一种基于废弃矿井的地下恒压压缩空气复合抽水储能系统及方法 |
| CN112524060A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-03-19 | 东南大学 | 一种利用地下洞穴和单罐蓄能的恒压压缩空气储能系统 |
-
2021
- 2021-10-20 CN CN202111221912.8A patent/CN113958441A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102434362A (zh) * | 2011-12-22 | 2012-05-02 | 王焕然 | 水-气共容舱电力储能系统 |
| WO2016203979A1 (ja) * | 2015-06-16 | 2016-12-22 | 株式会社神戸製鋼所 | 圧縮空気貯蔵発電装置 |
| JP2017008867A (ja) * | 2015-06-24 | 2017-01-12 | 株式会社神戸製鋼所 | 圧縮空気貯蔵発電装置及び圧縮空気貯蔵発電方法 |
| CN106907203A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-06-30 | 三峡大学 | 风光互补的空气压缩储能与发电一体化系统 |
| CN112065635A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-12-11 | 西安交通大学 | 一种基于废弃矿井的地下恒压压缩空气复合抽水储能系统及方法 |
| CN112524060A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-03-19 | 东南大学 | 一种利用地下洞穴和单罐蓄能的恒压压缩空气储能系统 |
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